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植物修复重金属污染土壤的研究现状及其水肥调控技术展望

2017-03-17 11:45来源:《生态环境学报》2015年第6期作者:杨启良等关键词:重金属污染植物修复汞污染收藏点赞

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1.4

超累积植物对污染物的富集及解毒机理

超累积植物对土壤污染物的活化

土壤中重金属污染物主要以难溶态形式存在,故需要将其转化为可吸收态才能被植物吸收。

超累积植物主要通过3种形式对土壤重金属污染物进行活化:

(1)通过根系分泌的酸性物质强化植物根系对重金属污染元素的活化和吸收;

(2)植物根系直接分泌污染物结合蛋白等与重金属污染物螯合;

(3)植物通过体内污染物还原酶将高价重金属污染离子还原,增大重金属污染物在土壤中的溶解性,便于植物根系对其吸收(杨良柱和武丽,2008)。

超累积植物对重金属污染物的解毒作用

重金属污染物对植物的毒害作用主要表现为两个方面:

(1)重金属污染物离子能与酶活性中或蛋白质中的巯基结合,使细胞代谢紊乱。

(2)重金属污染物会干扰细胞中物质的运输,并通过氧化还原反应而使细胞发生氧化损伤。

超累积植物的解毒机制即通过细胞壁将重金属污染物沉淀,从而降低重金属污染物对植物体的生理毒性。重金属污染物主要与植物体内各种蛋白结合而产生毒性,而超累积植物根系能够分泌较普通植物多的有机酸类物质并与重金属离子形成螯合物,降低重金属的毒性。

也有一些研究表明,超累积植物通过液泡的房室化作用起到对重金属的解毒效果(Zhang等,2012)。

2

植物修复重金属污染土壤过程中存在的主要问题

植物修复属于原位修复技术,处理费用很低,与常规的工程措施和物理化学措施相比具有明显的优势,避免了大量的挖土对土壤结构的破坏,具有保护表土、减少侵蚀和水土流失的功效,对环境影响小,可广泛应用于矿山的复垦、重金属污染土壤的改良,是目前最清洁的污染处理技术。

目前已发现的大多数超累积植物虽然能忍耐和超富集污染物,但其生长较缓慢、植株较矮小、地上部生物量较小、只能修复单一污染物,从而限制了这些植物在复合污染土壤修复中的应用(Marques等,2009;Moffat,1995)。

因此,为了重金属污染土壤的植物修复技术在生产实践中得到大面积的推广应用,目前急需要解决的关键科学问题有:

一是继续寻找能忍耐和超富集污染物且生物量较大的植物,力求筛选出能超富集多种污染物的植物,解决土壤复合污染的突出问题;

二是通过现代生物技术克隆出既能修复各种污染土壤且具有较大生物量的超富集植物;

三是通过农艺和水肥管理措施提高现有超富集植物的生物量;

四是针对目前已筛选出的大多数超富集植物为草本植物,处于盆栽试验阶段(周东美等,2004),并没有进行生产实践的检验,我们还需筛选出能超富集多种污染物的木本植物,解决因草本植物根系较浅,只能修复表层污染物,而不能修复深层土壤污染的突出问题;

五是探索出适宜的林草间作种植模式,解决土壤不同剖面污染物吸收、迁移和固定的问题,解决不同季节特别是雨季污染物随地表径流迁移和地下渗漏造成江河湖海和地下水二次污染的问题;

六是针对现有重金属污染土壤大多数分布于矿区,从山丘区的实际出发,结合植被恢复和水土保持工程措施,解决矿区植物修复重金属污染土壤难的现实问题;

七是将现有重金属污染土壤修复技术融合,协同攻关解决重金属复合污染土壤植物修复过程中出现的任何问题,特别是解决现有超富集植物生物量较小的现实问题;

八是完善现有政策法规,形成完整的重金属污染土壤修复技术产业体系,由于植物体内的污染物含量相对较少,回收再利用时企业不愿参与,因此通过企业主导和政府补贴的方式解决重金属污染土壤中生长的植物收获后污染物的提取及处理的后续问题;

九是植物对重金属复合污染土壤的修复机理与技术研究还需加强;

十是重金属污染土壤植物修复区主要污染物的动态监测与预报技术还需不断完善。

因此,为了解决以上问题,超富集植物抵抗多种环境胁迫能力和对重金属污染物的累积机制研究是植物修复重金属污染土壤必须解决的最基础也是最关键的问题。

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原标题:植物修复重金属污染土壤的研究现状及其水肥调控技术展望
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